Teho

Fysiikassa teho (tunnus P^[1]) on tehdyn työn tai käytetyn energian määrä aikayksikössä. Tehon SI-yksikkö on watti (W), joka vastaa joulen energiamäärää sekunnissa^[1].

Tämä artikkeli käsittelee tehoa fysiikassa. Sanan muita merkityksiä on lueteltu täsmennyssivulla.

Mekaaninen teho

Teho mekaaniselle työlle määritellään seuraavasti:

${\displaystyle P={\frac {dW}{dt}},}$ missä

• P = teho
• W = mekaaninen työ
• t = aika

Määritelmää sovelletaan usein seuraavasti:

${\displaystyle P={\frac {d(\int _{A}^{B}F\,ds)}{dt}}=\int _{A}^{B}F\,dv=F\cdot v.}$

Mekaaninen teho voidaan siis lausua kappaleeseen vaikuttavan voiman ja sen saaman nopeuden tulona.

Pyörivän akselin tapaus:

${\displaystyle P={\frac {Fds}{dt}}={\frac {(T/r)rd\theta }{dt}}={\frac {Td\theta }{dt}}=T\cdot \omega ,}$

missä ${\displaystyle T=F\cdot r}$ on akselin välittämä vääntömomentti, ${\displaystyle \theta }$ on akselin kiertokulma, ${\displaystyle \omega }$ on akselin kulmanopeus (yksikkö rad/s).

Sähköteho

Sähköinen teho P lasketaan virran voimakkuuden I ja jännitteen U tulona:

${\displaystyle \ P=UI.}$

Virtapiirissä, jota voidaan kuvata jännite- tai virtalähteeseen yhdistetyllä resistanssilla, teho voidaan Ohmin lain avulla laskea myös kaavoista

${\displaystyle P={\frac {U^{2}}{R}}=RI^{2},}$

missä R on sen virtapiirin resistanssi (vastus), jonka ylitse jännite U vaikuttaa tai jonka läpi virta I kulkee.^[2]

Vaihtoehtoisesti teho saadaan sähköisessäkin järjestelmässä energian E kulutuksena (tai tuottona) aikaa t kohti:

${\displaystyle \ P=E/t.}$

Vaihtovirtapiirissä jännitteen ja virran välillä voi vallita vaihe-ero. Siksi vaihtosähkön tapauksessa tehoa käsitellään usein näennäistehona, joka jaetaan pätötehoon ja loistehoon. Vain pätöteholle käytetään yksikkönä wattia, loisteholle sen sijaan varia ja näennäisteholle volttiampeeria. Teho voidaan ilmaista kompleksiluvulla ${\displaystyle S=UI^{*}}$, missä ${\displaystyle I^{*}}$on virran kompleksikonjugaatti. Tällöin kompleksiluvun S reaaliosa ilmaisee pätötehon ja imaginaariosa loistehon.

Esimerkki

Yksittäisen komponentin aiheuttama tehohäviö virtapiirissä voidaan laskea yllä olevilla tiedoilla. Lasketaan esimerkiksi diodin aiheuttama tehohäviö kaavalla P = UI. Jos diodin yli vaikuttava jännite on 0,6 V ja diodin läpi kulkeva virta on 0,006 A, niin diodin tehohäviö on P = U · I = 0,6 V · 0,006 A = 0,0036 W = 3,6 mW.

Hydraulinen teho

Hydraulinen teho saadaan lasketuksi tilavuusvirran Q [m³/s] ja paine-eron p [Pa] tulona:

P = Q·p.

Auton teho ja tehonormit

Auton tehon mittaamiseksi on olemassa eri normeja, joista Euroopassa käytetään nykyään pelkästään DIN-normia ja Yhdysvalloissa SAE-normia. Saksalaisessa DIN-normissa moottorin kaikki lisälaitteet ovat mukana tehomittauksessa.

Ennen vuotta 1972 SAE-teho ilmoitettiin SAE-bruttonormin mukaan (englanniksi SAE gross horsepower), SAE-standardit J245 ja J1995. Tässä normissa moottorin teho mitattiin ilman lisälaitteita mahdollisimman suuren teholukeman saamiseksi, joten SAE-tehon mittauksessa käytetty moottori poikkesi melko paljon sarjatuotantomoottorista. Mittauksesta puuttuvia lisälaitteita olivat ilmanpuhdistin, generaattori, tuuletin tai vesipumppu, kytkin, bensiinipumppu ja äänenvaimennin^[3]. Näin ilmoitetut teholuvut liioittelivat huomattavasti autojen tehoa.

Vuodesta 1971 lähtien Yhdysvalloissa on käytetty SAE netto -mittaustapaa (englanniksi SAE net horsepower, SAE-standardi J1349). Tässä mittaustavassa moottorissa ovat kiinni kaikki lisälaitteet kuten myös imu- ja pakosarjat. Vuodesta 1972 alkaen yhdysvaltalaiset autonvalmistajat ovat ilmoittaneet tehon SAE-nettonormin mukaan ja merkinnällä SAE net hp. SAE-nettoteho vastaa Euroopassa yleisesti käytettyä DIN-normia.^[4]

Italialaiset käyttivät 1950- ja 1960-luvulla CUNA-normia autojen tehon mittaamiseen. CUNA-normin tehonmittauksessa moottorin lisälaitteet ovat mukana lukuun ottamatta äänenvaimenninta. CUNA-teho on hieman DIN-tehoa suurempi johtuen äänenvaimentimesta, joka on mukana DIN-tehomittauksessa.^[3]

Eräs esimerkki saman auton tehosta eri normien mukaan. NSU Prinz 1000L vuonna 1964: 43 hv DIN, 47 hv CUNA ja 51 hv SAE ^[3]. Prinzin teho nykyisin käytettyinä kilowatteina on 31,6 kW DIN.

Katso myös

• Ääniteho

Lähteet

1. Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (myös painettuna, ISBN 952-5420-93-0) (PDF) (Sivu 19.) SFS-oppaat. 04.11.2002. Suomen Standardoimisliitto. Arkistoitu 31.8.2012. Viitattu 10.12.2013.
2. Voipio, Erkki: Sähkö- ja magneettikentät, s. 17–19. (Moniste 381) Espoo: Otakustantamo, 1987. ISBN 951-672-038-2
3. Tekniikan Maailma 13/1964, Erilaiset hevosvoimat, sivu 38
4. http://ateupwithmotor.com/terms-technology-definitions/din-horsepower/